Tomografia komputerowa USG
| Tomografia komputerowa USG | |
|---|---|
| Zamiar | do obrazowania medycznego tkanek miękkich |
Ultradźwiękowa tomografia komputerowa ( USCT ), czasami także ultradźwiękowa tomografia komputerowa , ultradźwiękowa tomografia komputerowa lub po prostu tomografia ultradźwiękowa , jest formą medycznej tomografii ultradźwiękowej wykorzystującej fale ultradźwiękowe jako zjawisko fizyczne do obrazowania . Jest używany głównie do tkanek miękkich , zwłaszcza do obrazowania piersi .
Opis
Ultradźwiękowe tomografy komputerowe wykorzystują fale ultradźwiękowe do tworzenia obrazów. W pierwszym kroku pomiarowym za pomocą przetworników ultradźwiękowych typowo piezoelektrycznych generowana jest określona fala ultradźwiękowa , która jest przesyłana w kierunku mierzonego obiektu i odbierana za pomocą innych lub tych samych przetworników ultradźwiękowych. Podczas przemieszczania się i interakcji z obiektem fala ultradźwiękowa jest zmieniana przez obiekt i niesie teraz informacje o obiekcie. Po zarejestrowaniu informacje z modulowanych fal można wyodrębnić i wykorzystać do stworzenia obrazu obiektu w drugim kroku. w odróżnieniu Promieniowanie rentgenowskie lub inne właściwości fizyczne, które zwykle dostarczają tylko jednej informacji, ultradźwięki dostarczają wielu informacji o obiekcie do obrazowania: tłumienie ciśnienia akustycznego fali, które wskazuje na współczynnik tłumienia obiektu , czas przelotu fali daje prędkość informacje dźwiękowe , a fala rozproszona wskazuje na echogeniczność obiektu (np. współczynnik załamania światła , morfologię powierzchni itp.). W przeciwieństwie do konwencjonalnych ultradźwięków sonografii , która wykorzystuje technologię Phased Array do formowania wiązki , większość systemów USCT wykorzystuje do obrazowania nieogniskowane fale sferyczne . Większość systemów USCT ma na celu obrazowanie 3D, albo poprzez syntezę („układanie”) obrazów 2D, albo przez pełne konfiguracje apertury 3D. Innym celem jest obrazowanie ilościowe , a nie tylko obrazowanie jakościowe .
Idea ultrasonograficznej tomografii komputerowej sięga lat pięćdziesiątych XX wieku wraz z analogowymi układami złożonymi, w połowie lat siedemdziesiątych zbudowano pierwsze „komputerowe” systemy USCT, wykorzystujące technologię cyfrową. „Komputer” w koncepcji USCT wskazuje na duże poleganie na zaawansowanym obliczeniowo zaawansowanym przetwarzaniu sygnału cyfrowego , rekonstrukcji obrazu i algorytmach przetwarzania obrazu do obrazowania. Pomyślna realizacja systemów USCT w ostatnich dziesięcioleciach była możliwa dzięki stale rosnącej dostępności mocy obliczeniowej i przepustowości danych zapewnianej przez rewolucję cyfrową .
Organizować coś
Systemy USCT przeznaczone do obrazowania medycznego tkanek miękkich zazwyczaj mają rozdzielczość rzędu centymetrów do milimetrów i dlatego wymagają fal ultradźwiękowych rzędu megaherców . Wymaga to zwykle wody jako słabo tłumiącego medium transmisyjnego między przetwornikami ultradźwiękowymi a obiektem, aby zachować odpowiednie ciśnienie akustyczne.
Systemy USCT dzielą ze wspólną tomografią podstawowe podobieństwo architektoniczne polegające na tym, że apertura , aktywne elementy obrazujące, otaczają obiekt. W przypadku rozmieszczenia przetworników ultradźwiękowych wokół obiektu pomiarowego, tworzących aperturę , istnieje wiele podejść projektowych. Istnieją mono-, bi- i multistatyczne układy konfiguracji przetworników. Powszechne są liniowe układy przetworników ultradźwiękowych 1D lub 2D działające jako emitery po jednej stronie obiektu, po przeciwnej stronie obiektu umieszcza się podobny układ pełniący rolę odbiornika, tworząc równoległą organizować coś. Czasami towarzyszy temu dodatkowa możliwość poruszania się w celu zebrania większej ilości informacji z dodatkowych punktów widzenia. Chociaż budowa jest opłacalna, główną wadą takiej konfiguracji jest ograniczona zdolność (lub niemożność) gromadzenia informacji o współczynniku odbicia, ponieważ taka apertura jest ograniczona tylko do informacji o transmisji. Innym podejściem z aperturą jest pierścień przetworników, czasami ze stopniem swobody podnoszenia zmotoryzowanego w celu zebrania dodatkowych informacji na wysokości w celu obrazowania 3D („układanie”). Pełne konfiguracje 3D, bez nieodłącznej potrzeby ruchów apertury, istnieją w postaci apertur utworzonych przez półkuliste przetworniki rozproszone. Chociaż są najdroższą konfiguracją, oferują przewagę w postaci prawie jednolitych danych, zebranych z wielu kierunków. Ponadto szybko zbierają dane, ponieważ nie wymagają czasochłonnych ruchów mechanicznych.
Metody i algorytmy obrazowania
rekonstrukcji tomograficznej stosowane w systemach USCT do obrazowania opartego na informacjach transmisyjnych to klasyczna odwrotna transformata radona i twierdzenie Fouriera oraz pochodne algorytmy ( wiązka stożkowa itp.). Jako zaawansowaną alternatywę wykorzystywane są również podejścia oparte na ART . Do obrazowania z wysoką rozdzielczością i zredukowanym szumem plamek dzięki technikom ogniskowania z syntetyczną aperturą (SAFT), podobnym do radarowych SAR i sonarowych SAS , są szeroko stosowane. Iteracyjne równań falowych jako metoda obrazowania wywodząca się z sejsmologii jest przedmiotem badań akademickich, ale wykorzystanie w rzeczywistych zastosowaniach jest nadal wyzwaniem ze względu na ogromne obciążenie obliczeniowe i pamięciowe.
Zastosowanie i użytkowanie
Wiele systemów USCT zaprojektowano z myślą o obrazowaniu tkanek miękkich, a konkretnie o diagnostyce raka piersi . Jako metoda oparta na ultradźwiękach o niskim ciśnieniu akustycznym , USCT jest nieszkodliwą i pozbawioną ryzyka metodą obrazowania, odpowiednią do okresowych badań przesiewowych . Ponieważ konfiguracje USCT są nieruchome lub poruszane silnikiem bez bezpośredniego kontaktu z piersią, reprodukcja obrazów jest łatwiejsza niż w przypadku zwykłych, ręcznie sterowanych metod (np. USG piersi ), które opierają się na wynikach i doświadczeniu poszczególnych egzaminatorów. W porównaniu z konwencjonalnymi metodami przesiewowymi, takimi jak mammografia , systemy USCT oferują potencjalnie zwiększoną swoistość wykrywania raka piersi, ponieważ jednocześnie obrazuje się wiele charakterystycznych właściwości raka piersi: prędkość dźwięku, tłumienie i morfologię.